基于MATLAB 的暗場(chǎng)圖像處理算法創(chuàng)新與實(shí)踐
——評(píng)《數(shù)字圖像處理技術(shù)與應(yīng)用》

書(shū)名：《數(shù)字圖像處理技術(shù)與應(yīng)用》

作者：韓曉軍

出版單位：電子工業(yè)出版社

ISBN：978-7-1213-0056-1

出版時(shí)間：2017 年1 月

定價(jià)：39.8 元

數(shù)字處理系統(tǒng)還未運(yùn)用時(shí)大眾所使用的圖像處理一般為簡(jiǎn)單的圖像加工，直至計(jì)算機(jī)的成熟與各類(lèi)數(shù)字處理軟件的開(kāi)發(fā)，圖像處理與數(shù)學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生聯(lián)系，圖像處理可以使用數(shù)字編程系統(tǒng)來(lái)完成圖像需求。現(xiàn)代圖像處理技術(shù)一般使用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，通過(guò)數(shù)字組合的使用快速達(dá)到所需要的圖像效果，數(shù)字圖像篩選出由工業(yè)相機(jī)、攝像機(jī)、掃描儀等設(shè)備所拍攝的二維數(shù)組像素，通過(guò)圖像壓縮、圖像復(fù)原、圖像變換、色度調(diào)和等諸多圖像處理技術(shù)達(dá)到合乎目的最終圖像。

數(shù)字圖像處理具有精確快速的優(yōu)點(diǎn)，由于數(shù)字系統(tǒng)存在復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和計(jì)算機(jī)操作，運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)來(lái)進(jìn)行圖像處理十分復(fù)雜，初學(xué)者甚至專業(yè)人士都會(huì)遇到或多或少的難點(diǎn)。韓曉軍編著的《數(shù)字圖像處理技術(shù)與運(yùn)用》（第二版）一書(shū)圍繞數(shù)字圖像處理，涉及圖像處理的基本理論知識(shí)、圖像風(fēng)格與檢測(cè)、圖像復(fù)原與增強(qiáng)、數(shù)字形態(tài)學(xué)等方面的內(nèi)容，系統(tǒng)介紹了數(shù)字圖像處理技術(shù)的相關(guān)知識(shí)。編著兼顧理論與實(shí)踐，應(yīng)用MATLAB 軟件平臺(tái)講解實(shí)際的圖像數(shù)字編程方法，講解詳細(xì)，面面俱到，可以為廣大數(shù)字圖像處理學(xué)習(xí)者提供有益的參考。

數(shù)字技術(shù)為圖像處理提供了豐富的處理方法，可以產(chǎn)生圖像增強(qiáng)、圖像變形、圖像恢復(fù)等處理效果，其中，暗場(chǎng)圖像需要專業(yè)精確的數(shù)字計(jì)算來(lái)處理。暗場(chǎng)是一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，在戲劇領(lǐng)域中“暗場(chǎng)”指舞臺(tái)之外的表演，無(wú)需演員露面，也不需要讓觀眾看到實(shí)際的情節(jié)，只需在幕后通過(guò)燈光演繹，或者以旁白來(lái)完成。攝影領(lǐng)域的“暗場(chǎng)”指無(wú)白光空間的拍攝，即夜晚時(shí)間的拍攝，該術(shù)語(yǔ)多用于天文攝影，天文攝影中暗場(chǎng)十分明顯。以天文圖像為例，由于點(diǎn)綴式的天體運(yùn)行天文攝影多半以暗場(chǎng)圖像拍攝為主，暗場(chǎng)視覺(jué)阻礙了天文研究者研究天文現(xiàn)象。而在日常拍攝中，日常攝影雖然以明場(chǎng)拍攝為主，但是有些必要的拍攝取景依然選擇暗場(chǎng)拍攝，如夜晚星空拍攝、夜景拍攝、人物暗度拍攝等等。

由于暗場(chǎng)的存在，圖像不能呈現(xiàn)清晰的視覺(jué)元素和攝影透明效果，故而需要進(jìn)行圖像中的暗場(chǎng)處理。一般性的圖像暗場(chǎng)處理會(huì)運(yùn)用圖像增強(qiáng)的相關(guān)算法和處理技術(shù)達(dá)到圖像明亮度增強(qiáng)的效果，并對(duì)圖像元素進(jìn)行一定的調(diào)整，如暗場(chǎng)圖像中的模糊點(diǎn)和噪聲可以采用高通濾波法和低通濾波法來(lái)調(diào)和圖像的清晰度。圖像暗場(chǎng)的增強(qiáng)處理一般可以采用基于空域算法和基于頻域算法，常見(jiàn)的處理算法是空域算法，空域算法會(huì)對(duì)圖像暗場(chǎng)的灰度級(jí)進(jìn)行處理，能夠突出暗場(chǎng)物體的邊緣輪廓，降低暗場(chǎng)圖像的噪聲，識(shí)別目標(biāo)點(diǎn)。一般性的暗場(chǎng)增強(qiáng)處理算法不僅繁雜，在處理效果上也沒(méi)有達(dá)到完美的效果，因?yàn)橥怀鲂缘脑鰪?qiáng)要求物體邊緣會(huì)變得模糊。

美國(guó)MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件Matlab 是一款復(fù)合型的圖像處理軟件，在圖像暗場(chǎng)中更能夠強(qiáng)化暗場(chǎng)處理的細(xì)節(jié)。Matlab 涉及領(lǐng)域廣泛，在工程設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)、通訊系統(tǒng)、金融等領(lǐng)域皆可以運(yùn)行。在Matlab 演示實(shí)例中，平面與立體繪圖、復(fù)雜函數(shù)的三維繪圖、三維效果圖等領(lǐng)域的演示通過(guò)強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算能力完成繪制。在圖像處理方面，Matlab 因?yàn)閿U(kuò)大化的函數(shù)系統(tǒng)和二維繪圖工具，具有強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)行能力，圖形處理系統(tǒng)能夠顯示圖形的向量和矩陣，在圖像處理中快速完成處理任務(wù)。Matlab 圖像暗場(chǎng)處理增強(qiáng)方法一般可以通過(guò)直方圖均衡化、對(duì)比線度性展寬、偽色彩增強(qiáng)等算法進(jìn)行矯正。Matlab 的histeq 函數(shù)運(yùn)算能夠強(qiáng)化圖像暗場(chǎng)的灰度值，降低圖像暗場(chǎng)的灰度。對(duì)比線度展寬算法能夠顯示暗場(chǎng)圖像中的目標(biāo)點(diǎn)或者抑制非重點(diǎn)的部分，整體上具有立體效果，通過(guò)對(duì)比線度的展寬調(diào)整突出暗場(chǎng)的三維視覺(jué)效果。在暗場(chǎng)圖像的灰度中，模糊性的暗場(chǎng)灰度元素沒(méi)有辦法區(qū)別，因而需要進(jìn)行偽色彩增強(qiáng)算法來(lái)進(jìn)行暗場(chǎng)的色彩調(diào)整。MATLAB中g(shù)ray slice 函數(shù)算法能夠達(dá)到暗場(chǎng)灰度色彩增強(qiáng)效果，通過(guò)暗場(chǎng)圖像灰度閾值化后利用Matlab 圖形處理工具的調(diào)色板將暗場(chǎng)灰度圖像處理為偽色彩圖像。

綜上所述，圖像中的暗場(chǎng)處理需要運(yùn)用綜合性的增強(qiáng)算法。在一般性的認(rèn)知中暗場(chǎng)圖像是亮度低、清晰度低、燈光點(diǎn)不均衡的圖像，也因?yàn)檫@種認(rèn)知，一般性的暗場(chǎng)圖像處理只是簡(jiǎn)單運(yùn)用直方圖均衡化算法進(jìn)行亮度的調(diào)整。但是作為攝影圖像的圖像本身需要的并不是單純的明亮度，而是具有視覺(jué)感的立體藝術(shù)圖像，暗場(chǎng)的處理關(guān)乎整個(gè)圖像的三維視覺(jué)和藝術(shù)透明效果，Matlab 圖形處理數(shù)字工具能夠提供豐富的算法系統(tǒng)，在科技與藝術(shù)的融合形態(tài)中完成圖像暗場(chǎng)的完美處理。